Fizică modernă: fotoni, fotoefect, atom, nucleu

Cât valorează domeniul
Fizica modernă aduce 7–12 puncte, cel mai puțin dintre cele patru domenii, dar cu cele mai puține formule: un item de 5 sau 6 puncte se rezolvă din trei-patru relații. Punctajul se dă la fel: câte 1 punct pentru fiecare formulă și 2 puncte pentru răspuns, adică 1 punct valoarea și 1 punct unitatea de măsură.

Fotonul

• Energia: $\epsilon =h\nu =\frac{hc}{\lambda }$, cu $h=6,62\cdot 10^{-34}$ J·s și $c=3\cdot 10^8$ m/s.
• Energia este invers proporțională cu lungimea de undă: dacă $\lambda$ scade de 4 ori, energia crește de 4 ori.
• Conversia care apare la fiecare item: $1$ eV $=1,6\cdot 10^{-19}$ J.
• Lungimile de undă se dau în nanometri sau micrometri: $400$ nm $=4\cdot 10^{-7}$ m, $0,2$ μm $=2\cdot 10^{-7}$ m.

Efectul fotoelectric
Ecuația lui Einstein: $h\nu =L_e+E_{cmax}$, unde $L_e$ este lucrul de extracție.

• Energia cinetică maximă: $E_{cmax}=\frac{m{v}_{max}^2}{2}$, iar prin tensiunea de frânare $E_{cmax}=e{U}_f$.
• Pragul roșu: efectul are loc numai dacă $\nu \ge \frac{L_e}{h}$, adică $\lambda \le \frac{hc}{L_e}$.
• Energia fotoelectronilor depinde de frecvența luminii, iar numărul lor de intensitatea ei.

Atomul

• Postulatele lui Bohr: atomul are niveluri energetice discrete, iar la trecerea de pe nivelul $E_2$ pe $E_1$ se emite un foton cu $h\nu =E_2-E_1$.
• Nivelurile se dau cu semnul minus ($-13,6$ eV este starea fundamentală a hidrogenului), iar diferența lor este pozitivă: $-3,4-(-13,6)=10,2$ eV.
• La absorbție, electronul trece de pe un nivel inferior pe unul superior.

Nucleul

• Numărul de masă $A$ este suma protonilor și neutronilor, deci $N=A-Z$.
• Defectul de masă și energia de legătură: $E_{leg}=\Delta m{c}^2$.
• Fisiunea nucleelor grele dă nuclee mai mici, neutroni și energie; fuziunea unește nuclee ușoare.
• Legea dezintegrării radioactive: $N=\frac{N_0}{2^{t/T}}$, unde $T$ este timpul de înjumătățire.

Radiațiile nucleare și relativitatea

• Radiația $\alpha$ este un nucleu de heliu, radiația $\beta$ este un electron, iar radiația $\gamma$ este un foton de energie mare: primele două schimbă compoziția nucleului, a treia nu.
• La viteze apropiate de cea a luminii masa corpului crește, iar legătura dintre masă și energie este $E=m{c}^2$.

Mărimi și unități

Când toate datele sunt în electronvolți, poți lucra în eV până la capăt și dai răspunsul în eV; dacă în enunț apar kilograme și metri, treci totul în jouli.